国家纳米科学中心查瑞涛、南方科技大学蒋兴宇 ACS Nano：纳米微晶纤维素通过调控肠道屏障治疗溃疡性结肠炎

2023-09-26 来源：高分子科技

溃疡性结肠炎（UC）是一种反复发作的慢性结肠炎症。在过去的几十年里，UC的患病率和发病率急剧上升且呈现年轻化的趋势。UC会严重影响患者的生活质量，增加结直肠癌的发病风险。目前UC的治疗方法均存在不同程度的副作用，因此迫切需要开发副作用低且效果好的替代药物来治疗UC。饮食中缺乏膳食纤维会导致肠道通透性增加和黏液层变薄（即肠道机械和化学屏障受损），容易引起UC，这说明基于植物纤维的材料有可能用于预防和治疗UC。纳米微晶纤维素（NCC）可以调控肠道菌群及代谢，探究其对肠道屏障的调控可能会为UC的治疗提供新的方法。

国家纳米科学中心查瑞涛和南方科技大学蒋兴宇等合作研究了NCC在小鼠溃疡性结肠炎治疗中的应用及治疗机制（图1）。通过结肠疾病活动指数（DAI）的评分、结肠长度、组织病理学观察、结肠损伤评分和血清中炎症因子的水平来评估了NCC对UC的治疗效果，并通过对肠道紧密连接蛋白、黏液层和肠道菌群的分析探索了NCC对UC的治疗机制。

图1 NCC通过调控肠道屏障治疗UC

高剂量NCC（200 mg·kg^-1·d^-1）的干预可以显著降低UC小鼠的DAI值，提高小鼠体重和结肠长度，并显著提高小鼠的抗炎反应和降低机体炎症。NCC可以非常有效地治疗小鼠的溃疡性结肠炎（图2）。

图2 NCC可以显著治疗UC并降低炎症

UC小鼠模型的肠道机械屏障和化学屏障严重受损，高剂量NCC的干预可以有效恢复并增强肠道机械屏障和化学屏障（图3）。

图3 NCC恢复UC小鼠机械和化学屏障

肠道菌群研究结果表明，UC小鼠肠道菌群与正常小鼠存在显著差异，总丰度和均匀性显著下降，高剂量NCC可以显著调控紊乱的肠道菌群，提高总丰度和均匀性，提高阿克曼氏菌属、臭气杆菌属和其他益生菌的相对丰度，使肠道菌群基本恢复至正常状态（图4）。

图4 NCC恢复UC小鼠肠道菌群紊乱

NCC可以通过提高MUC2的表达以及阿克曼氏菌和臭气杆菌的相对丰度来治疗UC（图5）。一方面，NCC通过激活MAPK信号通路促进MUC2的分泌来治疗UC。MAPK信号通路可以调节MUC2的表达，MUC2与UC的严重程度呈负相关，即小鼠MUC2基因的敲除可导致结肠炎，而MUC2的上调可促进UC的治疗。另一方面，NCC也可以通过增加肠道阿克曼氏菌和臭气杆菌的相对丰度来治疗UC。阿克曼氏菌可以增加杯状细胞的数量和黏液层的厚度，同时可以促进MUC2的表达；而臭气杆菌可以诱导辅助性T细胞17的分化以减轻结肠的炎症。

图5 NCC调控MUC2和肠道菌群治疗UC的机制示意图

以上研究工作近期以“Nanocrystalline Cellulose Modulates Dysregulated Intestinal Barriers in Ulcerative Colitis”为题发表在ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.3c04569）。本论文的第一作者为国家纳米科学中心和中国地质大学（北京）联合培养博士王明政，通讯作者为国家纳米科学中心查瑞涛和南方科技大学蒋兴宇。本工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金（32171397、21875050、32071390和22234004）等的支持。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c04569

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（责任编辑：xu）

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